Sin el tiempo ni el espacio, sólo quedamos nosotros...

Antes del siglo XX, el tiempo y el espacio eran dimensiones indiscutibles. Hoy en día ya no hay diferencia entre masa y energía, un objeto de diez metros mide también sólo uno, diez años pueden transcurrir en un intervalo de 5 minutos, cincuenta metros caben en siete y 100 kilos de plomo entran perfectamente en su bolsa del pantalón, descabellado pero cierto. Newton lo negaría. Pero Einstein diría: Depende de las circunstancias…

La física clásica consideraba la velocidad como un fenómeno absoluto. Un objeto se mueve a determinada velocidad y todos podemos percibirla de igual forma. Podemos probar la insuficiencia de esto con un poco de imaginación. Supongamos que un individuo se mueve en un vehículo mientras lanza una pelota hacia arriba y hacia abajo. El individuo percibe únicamente que la pelota se mueve de esta forma. Pero, para un observador en reposo fuera del vehículo, la pelota además de trasladarse verticalmente avanzará de forma horizontal a la misma velocidad del vehículo. (Giancoli, 2006)


A partir de esta suposición Einstein dedujo que las magnitudes físicas podrían ser percibidas de distinta forma. Y a este fenómeno lo bautizó con el nombre de “Teoría de la Relatividad”.

La base esta teoría reside en que todos somos observadores, un par de ojos abiertos al mundo situados en marcos de referencia diferentes, por lo que los fenómenos físicos, como la velocidad, el tiempo, el espacio y el peso actúan de forma distinta para cada uno de nosotros, no obstante, el que estemos en marcos similares nos impide notarlo. Las consecuencias de que esto sea verdad son que hemos construido 2000 años de civilización sobre tierra falsa, de mentira.  


La demostración de la relatividad del tiempo y el espacio se vuelve evidente en el momento en que consideramos como verdadera cierta afirmación un tanto descabellada: ¡Nada puede viajar más rápido que la luz! Si un día viaja en un tren a esta velocidad y comienza a correr dentro de él… Su velocidad no cambiará. Resulta inútil cuanto corra, no podrá ir más rápido. Aunque ridículo, hoy en día numerosos científicos han intentado acelerar partículas diminutas a velocidades increíblemente altas. Dada su pequeña cantidad de masa, es disparar una canica con un cañón. Los resultados sólo confirman lo pensado. Por más fuerza que se les aplique a estas partículas, ninguna alcanza a la luz. (French, 2002).

Einstein supuso que la luz viajando dentro de un vehículo transparente que corre casi a la velocidad máxima sería percibida de diferente forma para alguien dentro y fuera del vehículo. Luego planteó mediante ecuaciones matemáticas este fenómeno y dedujo algunos resultados (La deducción matemática queda pendiente para otra entrada):

Si viajamos en un vehículo a velocidades cercanas a la de la luz, el tiempo y el espacio tienen que dilatarse para permitirlo. Si una persona decide realizar un viaje a Júpiter de 100 años moviéndose a, digamos, el 99% de la velocidad de la luz, al llegar a su destino 100 años después solamente habrá envejecido 14. De manera análoga, el espacio y la masa tienden a contraerse para las personas fuera del vehículo. Un objeto de 10 metros observado desde fuera del móvil sólo medirá metro y medio y 100 kilos de plata serán 708. Disparatado pero correcto.  


Después de llegar a estas conclusiones, el científico se percató de que mediante sus ecuaciones no sólo esto se relacionaba la masa y la energía, sino que resultaban ser la misma cosa. Los Estados Unidos Americanos consiguieron fabricar la bomba nuclear durante la segunda guerra mundial a partir de estas soluciones (arma que Einstein jamás consintió). Aunque siendo una invención nada terrible, la bomba nuclear aún es una prueba de gran valor para verificar la teoría de la relatividad.


Ahora que la física es relativa. Einstein no podía asegurar que una manzana cayendo significaba que realmente la manzana caía y no que el universo se desplazara hacia arriba. Además, ahora que la masa es energía, la teoría universal de la gravedad carece de todo sentido. Estas situaciones encontraron solución en la teoría general de la relatividad, donde no sólo el tiempo y el espacio son relativos, sino que son proporcionales. Y lo más importante, curvos. Si la luz, la expresión máxima de velocidad en la naturaleza, presenta una curvatura al desplazarse en un cuerpo en movimiento, el espacio tiempo no puede ser recto. Y es esta curvatura la que dice a la materia cómo moverse. Y a su vez, es la materia la que dicta al espacio tiempo cómo curvarse, en una excelente coreografía que se repite cada segundo de nuestras vidas y de la cual todos somos protagonistas. La conclusión: La gravedad no es una fuerza, es una trayectoria, es una curvatura.


Las repercusiones en la ciencia de este planteamiento han sido titánicas. Mientras los teóricos reconocen que las ecuaciones de Einstein explican muchos fenómenos que las de Newton no pueden, los empíricos no quieren aceptar una teoría tan lejana al campo experimental. De cualquier forma, el impacto en la ciencia de la relatividad ha sido gigantesco y sus contribuciones numerosas, sobre todo en la física teórica: Gracias a ella científicos como Stephen Hawking, John Wheeler y Alexander Friedmann han podido teorizar acerca de la naturaleza de la luz, el origen de los agujeros negros, colapsos de estrellas y muchos otros fenómenos espaciales: La distancia entre donde estamos parados y el origen del big bang jamás habría podido ser recorrida por la luz si el tiempo no se dilatara, la órbita de Mercurio resultaría incoherente sin el principio de la curvatura del espacio y la fuerza de atracción de los agujeros negros no tendría congruencia si la materia no generara esta curvatura.


Fuera de la física teórica, los principios de relatividad son utilizados en los sistemas satelitales y GPS, pues las variaciones del tiempo, el espacio y la velocidad en la tierra y fuera de ella pueden causar errores si no se toman en cuenta.


Si bien, la teoría de Einstein es difícil de imaginar dada su lejanía a lo evidente. Matemáticamente es correcta y representa una solución efectiva a todos los problemas de astrofísicos inexplicables por los medios clásicos. Si es cierta o no… Podría decirse que es relativo. 

             

“Las proposiciones matemáticas, en cuanto tienen que ver con la realidad, no son ciertas; y en cuanto que son ciertas, no tienen nada que ver con la realidad”

-  Albert Einstein

**Referencias**

(1)  Torres-Silva H, de Assis, A Souza. Velocity and Gravitational Effects on Gps Satellites: an Outline of Early Prediction and Detection of Strong Earthquakes/efectos De Velocidad Y De GravitaciÓn En Gps Satelitales: Un Esquema Para La PredicciÓn Y DetecciÓn Temprana De Fuertes Terremotos. Ingeniare : Revista Chilena de Ingenieria 2010;18(3):286-286-294.

(2)  Einstein y la revolución científica del siglo XX/Einstein and the Scientific Revolution of the 20th Century. Cuadernos de Historia Contemporánea 2005;27(0214-400):135-135-175.

(3)    Isaacson W., W. (2009). Einstein, su vida y su universo (734). México: Debate, Random House Mondadori.

(4)    Bodanis, D. (2005). Part 2: Acenstors of E=mc². E=mc², a biography of the World’s most famous equation. Estados Unidos Americanos: Walker.

(5)    French, A.P. (2002). Relatividad especial (331)(Tomo 1). España: Reverté.

(6)    Giancoli, D.C. (2006). Física. Principios con Aplicaciones (848)(6^ta Ed.). México: Pearson Education.

(7)    Hawking S. (1999), A Brief History of Relativity, Time Magazine U.S., December 31 , 1999. Vol. 154, No. 27. 

Relatividad - Explicación teórica

Ya regresando a la relatividad, estoy seguro de que estás ansioso por saber ¿cómo es posible que para mi 10 años sean para ti 20? ¿Qué algo mida 5m pero sólo para ti, pues para mi son 15? Bueno, la explicación es un poco laborosa sin embargo, en este blog nos esforzamos por hacer todo lo más simple posible y evitarnos las complicaciones de la vida. Como Einstein, nosotros también explicaremos la relatividad haciendo suposiciones a veces un poco fuera de la realidad... Pero que sin duda nos ayudarán a entender mejor lo que queramos demostrar:

Comenzaremos con imaginar a Juan viajar en su auto a 100km/h, es un conductor muy hábil y se las ingenia para manejar excelentemente mientras lanza una pelota al aire una y otra vez, a su vez está Miguel parado en la banqueta del periférico haciendo lo que más le gusta... Mirar a los autos y ver lo que hacen los conductores mientras manejan. Miguel observa a Juan lanzar la pelota y se da cuenta de que la pelota viaja con él a una velocidad de 100km/h hacia adelante, ya que la pelota se lanza dentro del auto. Sin embargo, para el conductor, la velocidad hacia adelante de la pelota es 0, para él sólo se mueve hacia arriba y hacia abajo. En este ejemplo podemos apreciar claramente que la velocidad es relativa a quien la observa.Todos somos observadores y cada quien se encuentra en determinadas circunstancias físicas que nos hacen apreciar de manera diferente aquello que observamos. ¡En Español! Bueno, yo me estoy moviendo a la misma velocidad que la pelota y sólo veo que esta se mueve hacia arriba y hacia abajo, y tú estás aparentemente quieto, por lo que para ti se mueve también muy rápido hacia adelante. Ok, ok, ok... Samed, entiendo que la velocidad pueda ser relativa pero... ¿Cómo lo va a ser el tiempo y la longitud? Bueno, esto cobra sentido cuando sea toma como verdadera cierta afirmación de Einstein. ¡Nada puede viajar más rápido que la luz! ¿Quéee? ¿Por qué? ¿Cómo? Imagina que vas en un tren a la velocidad de la luz (1 080 000 000), y tu corres dentro de él. ¡No vas a ir más rápido! Seguirás a la misma velocidad. Pero... ¿Por qué? ¿De dónde sale eso? ¡Ni siquiera tiene lógica! Bueno, a Einstein se le ocurrió y muchos no lo creyeron, pues suena un poco ilógico. Pero muchos científicos de la actualidad, han intentado acelerar una partícula (un pedazo de masa sumamente pequeño) a velocidades superiores a la de la luz y... Nada, no va más rápido, no se puede.

Espera...

Una pregunta Samed, pequeño paréntesis... ¿Cómo aceleras algo para que llegue a ir tan rápido? Yo igual me lo pregunté hace algún tiempo... Imagina que tienes una piedra de considerable tamaño y la pateas, te va a doler el pie el resto del día y la piedra apenas se moverá... Ahora imagina que pateas una lata vacía... No te va a doler nada y la empujarás bastante. ¿Por qué? Porque resulta que nuestro amigo Newton dedujo que la Fuerza = Masa x Aceleración. Mientras menos masa tenga un objeto, más aceleración le podrás dar con la misma fuerza. Ahora, imagina cuánta aceleración le podrás dar a una partícula de una millonésima de gramo si la pateas con la misma fuerza con la que pateaste la piedra...

Regresando a la relatividad, como mencioné anteriormente, numerosos científicos han intentado acelerar una partícula a velocidades superiores a la de la luz pero no lo han conseguido. Por lo que Einstein parece estar en lo cierto... Y si es cierto que NO se puede ir más rápido que la luz, al acercarse a esa velocidad el espacio tendrá que contraerse y con él, el tiempo, pues están estrechamente relacionados. Este fenómeno se le conoce como dilatación del tiempo y el espacio. Pero… ¿Por qué? ¿Cómo? Bueno, la respuesta se obtiene a partir de una sencilla ecuación que francamente no es tan sencilla. Por lo que lo explicaré en la siguiente entrada con un video quizás, o imágenes.  

Relatividad - Orígenes, Einstein

Si bien, en la entrada de introducción a la relatividad aprendimos qué quiere decir relatividad y a qué se refiere en términos físicos... Ahora resulta necesario saber un poco acerca de Einstein, científico que no si no edificó esta teoría, la perfeccionó, aterrizó y divulgó por el mundo. A ver, ¿qué podemos decir sobre el viejo Einstein? ¿Cuáles son las razones por las que escuchamos su nombre y enseguida pensamos en E=mc2 y la bomba nuclear? Esto no es una biografía, así que omitiré el poner fechas y cosas irrelevantes que seguramente no te interesan. Simplemente nos limitaremos a decir que Einstein fue un señor muy inteligente, su amor por las matemáticas surgió a sus 16 años y luego encontró la pasión de su vida; la física, todo el mundo lo consideraba un loco y quizá lo estaba pero oigan... Las mejores personas lo están (El sombrerero de Alicia en el país de las maravillas). Se vestía de blanco porque decía que no tenía tiempo para escoger el color de su ropa, mucho menos se cortaba el pelo. Ganó el premio Nobel de física por sus contribuciones al conocimiento de las partículas y los fotones, pues aunque la relatividad fue un escándalo y un increíble salto para la ciencia, hasta ahora sigue siendo una teoría y no ha sido probada al 100% empíricamente. ¿Qué más? Aprendió a hablar bien hasta los 9 años, sus maestros lo odiaban y refutaban enseñarle, se volvió famoso en sus últimos años de vida y su teoría sentó las bases para la construcción de la bomba nuclear. También murió de tristeza en cuanto se enteró para lo que habían servido sus aportaciones.

"No sé cómo sería una tercera guerra mundial... Pero una cuarta sería con piedras y palos"
- Einstein

Aunque científico y amante de los métodos exactos y numéricos, Einstein sabía la importancia de la filosofía en la vida y se preocupó por no ser una calculadora, sólo un loco  muy sabio. De origen Alemán pero Americano de corazón, Einstein murió en 1955, no hace mucho tiempo, como podrán ver. 

Ahora que sabemos quién fue Einstein creo que es hora de pasar al meollo de esta publicación, la relatividad, teoría que ya se sabían los griegos pero que Einstein se la supo mejor. Así que podemos atribuirle el mérito del descubrimiento sin ningún problema a nuestro genio amigo.

Relatividad - ¿Qué es? - Introducción

No fue difícil percatarme de que estaba condenando a esta publicación al olvido en el momento en que decidí ponerle como título "Relatividad", ciertamente la física trabaja de manera similar a un repelente cuando se trata de llamar la atención de alguien, no es muy común encontrarse hoy en día con apasionados del funcionamiento de las leyes de la naturaleza y el cosmos, sin embargo, aún persistimos aquellos que poseemos esa curiosidad insaciable de querer saber cómo funcionan las cosas o por qué ocurren, y, supongo, que si has llegado hasta esta palabra sin haber cerrado la ventana, significa que tú eres como yo y tienes la necesidad de saber qué pasa con el universo. Si efectivamente estoy en lo correcto has llegado al sitio correcto, y si no lo estoy pues... Ya llegaste hasta acá y no ha sido tan malo. ¿O sí? ¿Por qué no echarle un vistazo a esto que llaman relatividad? Quizá y hasta te acabe gustando...

Primero que nada, me gustaría hacer un análisis de la palabra relatividad, me parece importante que antes de saber el contenido de un tema nos interesemos por su nombre. ¿Qué significa relatividad, qué quiere decir y por qué llamar así a un tema de física? Según el diccionario de la real academia española la palabra se refiere a que algo posee la cualidad de ser relativo, o sea, que guarda relación con algo o alguien y que no es absoluto (www.rae.es), también, según Jose Ortega y Gasset y su teoría del relativismo las cosas son relativas porque cada quien posee una perspectiva diferente que le orienta a percibir las ideas de distinta forma (Introducción a la historia de la Filosofía, Ramón Xirau). Según Lou Marinoff las personas poseen la cualidad de ser relativas cuando no creen absolutamente en algo y toleran las ideas de los demás (Más Platón y menos Prozac)... Y podríamos seguir buscando definiciones hasta el fin de los tiempos y todas seguirán siendo diferentes. Esta misma abundancia y diversidad de definiciones sólo viene a re afirmar a la teoría, cada quien percibe las cosas de diferente forma. Cada quien percibe la relatividad y la conceptualiza de forma diferente, sin embargo, la relatividad tiene una idea central y es esa sobre la que nos vamos a orientar. Algo es relativo cuando puede ser percibido de diferente forma por varias personas.

En nuestra vida cotidiana podemos decir que muchas cosas son relativas... La moral, los valores, la belleza, la comida o la satisfacción de comer atún. Pero... ¿La realidad? ¿Les parece que la realidad puede ser relativa? ¿Les parece que cada quién percibe la realidad y los fenómenos que acontecen en ella de diferente forma? Por ejemplo... ¿Les parece que la longitud es relativa? ¿Que la masa es relativa? ¿Que la velocidad es relativa?... ¿Qué el tiempo es relativo?... Pensarás: Por supuesto que no, un objeto tiene determinada masa y determinado tamaño y eso no cambia, la realidad es absoluta, las cosas son como son: Lo que es, es, y en ningún momento algo que es puede no ser (Heráclito). Pues según Einstein eso es totalmente falso. Efectivamente, para Einstein la realidad es relativa... Y con ella todo lo que conocemos (el tiempo, la masa, la velocidad,etc.) Esta es la razón por la que fue considerado un loco al principio. ¿Qué dirías si te digo que para mi pueden pasar 20 años en lo que para ti pasan 100? ¿Qué dirías si te dijera que Carmen puede pesar para mi 100kg cuando para ti pesa 50? ¿Y si algo que mide 50m para mi mide 10? Estoy seguro de que tu también me llamarías loco. Pero en fin, como sigues leyendo y no has cerrado la ventana, supongo que te encuentras totalmente intrigado y entusiasmado por saber. ¿Cómo puede ser esto verdad? Pues... verdad como tal, aún no se sabe... Porque experimentalmente no se ha podido probar la teoría de la relatividad, por eso es una teoría. Sin embargo, matemáticamente es correcta y muchas especulaciones se han hecho en base a ella y todas han salido verídicas. Quizá y Einstein está en lo cierto...

La iniciación

¡Felicidades! Has superado todas las pruebas y has llegado hasta este punto, el camino no ha sido facil, sin embargo, no te has rendido, te has determinado y no has retrocedido. Las tentaciones han sido fuertes, pero tú lo has sido más que ellas, no dudo del trabajo que te haya costado y es digno de un aplauso, sin embargo, aún te falta superar una última prueba, una prueba que si bien es sencilla resulta ser tremendamente dificil de superar, una prueba de conciencia y reflexión, de pensamiento y honestidad, de propósito e inteligencia... Una prueba cuya una consistencia recae en hacerte una sencilla pregunta. ¿Qué haces aquí? Piensa y... ¡Bienvendido a tu iniciación! Si pasas la prueba, nunca volverás a ser el mismo...

Recuerda hace unos minutos cuando tu sendero tuvo inicio, cerraste el facebook y el tweeter, la sugestión te llamó y te ordenó regresar, sin embargo, no lo hiciste, te resististe, la ignoraste y seguiste con tu camino. ¿Por qué? ¿Qué es lo que te motivó a dejar ese universo de Likes, posts e Inbox? ¿Qué te hizo cambiar de rumbo? ¿Para qué? ¿Qué es lo que quieres? Las preguntas te mortifican y buscas una respuesta, sin embargo, es dificil conseguirla. Pero ahora, por fin la suerte te ha sonreido y te ha traido aquí. ¡Yo tengo la respuesta a tus preguntas! ¡Tú quieres más, estás en busca de algo complejo, escondido y dificil! ¡Facebook no puede solucionar tu problema actual, ya no es lo que necesitas! ¡Tweeter es obsoleto para ti en estos momentos! ¡El Messenger no hace mas que recordarte que no es lo que requieres! ¿Cómo lo sé? Si no estuviera en lo cierto... No estarías aquí ahora. Y el hecho de que estés aquí ahora sólo me confirma que tú buscas algo que no puedes encontrar en los sitios comunes. Mi amigo, no se si estés en el sitio correcto, pero tú puedes saberlo, y lo sabrás leyendo el siguiente parrafo. Mucha suerte.

¿A dónde has llegado? Has llegado a mi blog y estás aquí por que el cosmos ha conspirado para darte aquello que siempre has deseado: Un espacio donde dialogar y expresar aquellos pensamientos, dudas y comentarios que no podrías revelar normalmente por razones más allá de mi comprensión. Aquí suelo publicar información, datos y artículos sobre cosas aburridas que normalmente no interesan a muchos pero que puede que a ti sí: Física, Filosofía, Ética, Cuántica, Metafísica, Dialéctica, etc... No soy Stephen Hawkings, Platón o Jhon Wheeler como para tener el conocimiento absoluto del universo, sin embargo, algo sé... Y estaría encantado de compartirlo contigo o escuchar lo que sea que tengas que decir. ¡Date una vuelta por las entradas! Quizá aquí esté lo que tanto buscas... Y si no... Quizá descubras algo que te interese...

Ahora, me parece descortés estarte llenándo la cabeza de choros sinsetido sin decirte quién soy, por lo que dedicaré el siguiente párrafo a descir un poco sobre mi... Aunque francamente detesto hacerlo. Si tienes interés en saber quién soy pues se te revelará a continuación, si no, siempre puedes saltarte esta parte. Bueno, ¿qué puedo decir? Mi nombre es Samed Moisés Abraham Gantus (pero sí soy mexicano). Nací en Mérida Yucatán, aunque mi mamá es del Distrito Federal, mi abuela de Tabasco, mis tías de Campeche, algunos primos de Queretaro y mis abuelos aparentemente son de origen Libanes. Toda mi vida crecí en un calor infernal y ahora vivo en Puebla donde el frío te tira los vellos del cuerpo. Estudio Ingeniería Mecatrónica en el Tecnológico de Monterrey (Campus Puebla, claro está). Me gustan mucho las matemáticas, la física, la filosofía, política, literatura y esas cosas que a nadie le gustan y son aburridas. He pasado la mayor parte de mi vida jugando videojuegos frente a una pantalla y por eso ahora estoy más ciego que un topo... Me gustan todos los deportes aunque no soy bueno en ninguno. Cada vez que suena mi teléfono mi perro aulla hasta dejarme sordo. Como aproximadamente 5 kilos de atún a la semana, quedaré calvo como a los 25 años y ya he perdido la sensibilidad en los dedos por aplastar pedazos de Nylon contra un trozo de madera. ¿Por qué? ¿Por qué no? En fin, de vez en cuando encontraré algo interesante que decir y tal vez te interese leerlo. ¿Por qué no? Un poco de perspectiva enriquece la cultura de las personas. Odio que existan los tabúes, así que no tengo problema en hablar acerca de cualquier tema. Eso sí, no me gusta envolverme en conversaciones que ataquen la moral, tradiciones, costumbres, religión o filosofía de nadie, pues creo que el respeto al derecho ajeno es la paz. (No fue Benito Juarez, fue Kant). Como sea, gracias por dedicarme estos minutos y no tengas duda en que si algún día lo necesitas estaré dispuesto a dedicarte algunos a ti, pues también creo que tratando a los demás como te gusta ser tratado formamos un mundo más aburrido pero también cordial. Saludos y gracias por tomarte el tiempo de leer esto, espero pueda ayudarte con lo que necesites.